什麼是海弗里克極限?這個現象如何改變了我們對細胞老化的理解?

1961年,美國解剖學家倫納德·海弗里克(Leonard Hayflick)在費城的維斯塔研究所首次提出了「海弗里克極限」的概念。這一現象揭示了正常人體細胞在分裂過程中會有一個次數上限,通常在40到60次之間,然後進入老化階段,這一發現徹底推翻了早期關於細胞不死的觀念,促進了我們對細胞老化的深入理解。

海弗里克表示他的研究可以解釋「細胞層面上的衰老」,並因此推測這一現象可能與整體生物體的衰老有著密切關聯。

歷史背景

在海弗里克的發現之前,細胞不死的想法曾主導生物學界。諾貝爾獎得主亞歷克斯·卡雷爾(Alexis Carrel)宣稱所有在組織培養中剝離的細胞都是不死的。他聲稱能夠培養出小雞心臟的成纖維細胞,並且該細胞可持續增殖34年。然而,後來的科學研究難以複製卡雷爾的結果,許多科學家懷疑其實驗方法發生了錯誤。

海弗里克的實驗

在維斯塔研究所工作的海弗里克自初期便對卡雷爾的說法保持懷疑。他觀察到一株培養的人類胚胎成纖維細胞在分裂過程中出現異常,這促使他對這一細胞的分裂潛力產生了興趣。他與保羅·莫爾希德(Paul Moorhead)一起進行了一系列實驗,成功證明了細胞分裂停止不是由於外部因素的影響,而是由內部機制控制。

海弗里克的研究表明,細胞的有限再生能力能夠反映生命體的整體衰老過程。

細胞週期的不同階段

海弗里克將正常培養細胞的生命過程劃分為三個階段:初始階段被稱為「第一階段」,之後進入細胞活躍增殖的「第二階段」,最後是當細胞分裂速度減慢並最終停止的「老化階段」。這一過程不僅限於體外培養的細胞,也適用於體內的細胞。

端粒與海弗里克極限的關聯

海弗里克極限的現象與端粒的長度有著密切的關係。端粒位於染色體的末端,隨著每次細胞分裂,端粒會逐漸縮短,這一過程將導致最終的細胞老化。

根據海弗里克的觀察,腫瘤細胞通常表現出不會進入老化的特徵,這主要是因為它們表達了一種名為端粒酶(telomerase)的酶,使得端粒不斷得到延長。

整體生物體的衰老

海弗里克的研究結果使得我們更好地理解生物體衰老的本質。儘管在在我們的生命中,某些常規細胞的複製能力會比實驗室培養中觀察到的更有限,但其趨勢仍然相似。

目前的科學研究指出,細胞的增殖能力與物種的體重及壽命呈正相關,這一點為我們探索生物學的奧秘提供了新的視角。

不過,我們要思考的是,海弗里克極限的研究在治療衰老及其相關疾病方面,有沒有可能成為一個全新的起點呢?

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